BR112019018535A2

BR112019018535A2 - dispositivo de impressão 3d móvel, e, sistema e método de impressão 3d.

Info

Publication number: BR112019018535A2
Application number: BR112019018535A
Authority: BR
Inventors: Godi Gaël; Phelippe Laurent; Amziane Sofiane
Original assignee: Univ Clermont Auvergne
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2020-04-28
Also published as: WO2018162858A1; US20200040567A1; EP3592520C0; FR3063671B1; FR3063671A1; BR112019018535B1; US11560708B2; EP3592520B1; EP3592520A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um dispositivo de impressão 3d móvel (tdpd0) que imprime ao adicionar material, destinado a ser fixado a um dispositivo de elevação (ld) com um único cabo ou correia de elevação, o dispositivo de impressão 3d móvel (tdpd0) compreendendo: - uma cabeça de impressão (2) adequada para receber o material e depositá-lo; - meios de fixação (3) adequados para conectar a cabeça de impressão (2) a um dispositivo de elevação (ld); e - meios de estabilização (ms) adequados para estabilizar a posição da cabeça de impressão (2) por efeito giroscópico. tal dispositivo torna possível controlar a impressão da estrutura a ser impressa (200), em particular a posição da cabeça de impressão (2), e reduzir os custos de trabalho e o tempo necessário para instalação em um dispositivo de elevação (ld) tal como um guindaste padrão provido com um gancho (4).

Description

DISPOSITIVO DE IMPRESSÃO 3D MÓVEL, E, SISTEMA E MÉTODO DE IMPRESSÃO 3D

DESCRIÇÃO

Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se à impressão de estruturas pelo depósito de materiais, tais como argamassa.

[002] Mais especificamente, a invenção refere-se a um dispositivo, a um sistema e a um método para a impressão 3D de estruturas pelo depósito de material.

Estado da Técnica [003] A impressão tridimensional toma possível produzir um objeto real por métodos de fabricação aditiva, ou seja, pelo depósito sucessivo de camadas de material.

[004] Inicialmente usada para a prototipagem rápida de objetos, a impressão 3D é agora usada para fabricar peças funcionais, e especificamente em uma variedade de campos tais como a construção de prédios ou edifícios.

[005] O benefício da impressão 3D para a construção de prédios é a redução de 30 a 60% do refugo de construção e um encurtamento dos prazos de produção em 50 a 70% comparado a um método convencional.

[006] Atualmente, há diversos tipos de tecnologias para a construção de prédios. Algumas tecnologias usam sistemas de pórticos que deslizam em trilhos que suportam a cabeça de impressão da impressora e que enquadram a zona de construção. Estas são escalas de impressão 3D de “pequeno porte”, geralmente usadas para a impressão de objetos feitos de plásticos ou metais que são de “pequeno porte”. A desvantagem deste tipo de tecnologia é o volume e a necessidade de ter uma estrutura de grande porte que englobe o prédio a ser “impresso”.

[007] Para resolver este problema, um outro tipo de impressora 3D para prédios usa um braço robótico que permite que a impressora 3D seja

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2/23 deslocada no centro da zona de construção e evita a instalação de um pórtico e trilhos.

[008] Para superar as limitações mencionadas acima causadas pelo uso de um braço robótico ou de um pórtico que desliza em trilhos, em termos de altura e do perímetro de ação, novos sistemas de impressão 3D surgiram e agora tomam possível serem fixados a um guindaste, do tipo de estrutura de treliça. Estes sistemas são volumosos, pesados e sua instalação é complexa porque geralmente requer a adaptação do sistema de fixamento do guindaste para cada sistema de impressão. Além disso, este tipo de impressora apresenta problemas de estabilidade e de energia dispensada para bombear o material a ser depositado até o topo do guindaste e da cabeça de impressão.

[009] Há, portanto, uma necessidade real de um sistema de impressão que mitigue estes defeitos, desvantagens e obstáculos da técnica anterior, em particular um dispositivo que tome possível controlar as condições da impressão da estmtura a ser impressa, em particular a posição da cabeça de impressão, para reduzir os custos de trabalho e o tempo para instalar tal dispositivo em um guindaste padrão dotado de um gancho.

Descrição da Invenção [0010] Para resolver uma ou mais das desvantagens mencionadas acima, a matéria da invenção é um dispositivo de impressão 3D móvel que imprime ao adicionar material, destinado a ser afixado a um dispositivo de elevação com um único cabo ou correia de elevação, o dispositivo de impressão 3D móvel compreendendo:

• uma cabeça de impressão adaptada para receber material e depositá-lo;

• meios de fixação adaptados para ligar a cabeça de impressão ao dispositivo de elevação; e • meios de estabilização adaptados para estabilizar a posição da cabeça de impressão por um efeito giroscópico.

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3/23 [0011] Assim, estes meios de estabilização tomam possível controlar a posição da cabeça de impressão apesar dos distúrbios externos, tais como o vento, em particular quando a cabeça de impressão estiver suspensa em um cabo.

[0012] Vantajosamente, os meios de estabilização são adaptados para agir na posição dos meios de fixação. Ao neutralizar as variações inesperadas da posição dos meios de fixação, por exemplo um gancho de guindaste ao qual o dispositivo de impressão poderia ser afixado, os esforços a serem implementados para então controlarem a posição da cabeça de impressão em si são minimizados.

[0013] Vantajosamente, os meios de estabilização compreendem pelo menos três giroscópios, adaptados para estabilizar a posição da cabeça de impressão por um efeito giroscópico, tomando possível aumentar a confiabilidade do sistema de estabilização.

[0014] Vantajosamente, para aumentar a estabilidade caso haja o do uso do dispositivo de impressão em condições ambientais exibindo fortes distúrbios, os meios de estabilização podem compreender meios de estabilização complementares compreendendo pelo menos três turbinas adaptadas para estabilizar a posição da cabeça de impressão por fluxo de ar, as três turbinas estando distribuídas angularmente de maneira equidistante a partir de um eixo geométrico de elevação substancialmente vertical (V) definido pelo único cabo ou correia de elevação do dispositivo de elevação.

[0015] O dispositivo pode incluir também um atuador adaptador para girar a cabeça de impressão em torno de um eixo geométrico de rotação chamado de vertical (V) em ângulos retos ao plano definido pelos três giroscópios, de modo a proporcionar um primeiro grau de liberdade à cabeça de impressão, a saber uma rotação, os meios de estabilização estando adaptados para neutralizar os distúrbios gerados pela rotação da cabeça de impressão e garantir a estabilidade da cabeça de impressão durante a rotação.

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4/23 [0016] Vantajosamente, o dispositivo pode incluir meios de deslocamento compreendendo um primeiro sistema de translação adaptado para deslocar a cabeça de impressão ao longo de um eixo geométrico (H) em ângulos retos até um eixo geométrico vertical (V) e, assim, permitir que a cabeça de impressão tenha um segundo grau de liberdade, uma translação. Neste caso, o primeiro sistema de translação pode compreender um peso de equilíbrio adaptado para manter o equilíbrio do primeiro sistema de translação como uma função da posição da cabeça de impressão no eixo geométrico (H) do primeiro meio de translação. Este peso, desse modo, torna possível prevenir que o sistema de translação horizontal se incline por causa do peso da cabeça de impressão e, portanto, mantenha o sistema de translação horizontal na horizontal.

[0017] De modo a tomar o dispositivo de impressão 3D móvel o mais compacto possível, o primeiro sistema de translação pode ser composto de um braço articulado que permite o deslocamento da cabeça de impressão ao longo do eixo geométrico (H) em ângulos retos ao eixo geométrico vertical (V).

[0018] A fim de proporcionar à cabeça de impressão um terceiro grau de liberdade, neste caso uma segunda translação, os meios de deslocamento podem compreender adicionalmente um segundo sistema de translação adaptado para deslocar a cabeça de impressão ao longo do eixo geométrico vertical (V).

[0019] Para ser capaz de automatizar a impressão de uma estrutura, o dispositivo de impressão 3D móvel pode adicionalmente compreender:

• meios de localização adaptados para determinar em tempo real a posição da cabeça de impressão em um quadro de referência geométrica específico à estrutura a ser impressa; e • uma unidade de processamento adaptada para servocontrolar a posição da cabeça de impressão como uma função de sua localização no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa.

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5/23 [0020] Vantajosamente, os meios de localização compreendem:

• um sistema de detecção adaptado para saber a posição absoluta de um ponto de referência no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa; e • uma série de sensores adaptados para tornar possível a localização da posição da cabeça de impressão em relação ao ponto de referência, a unidade de processamento sendo adaptada para calcular a posição da cabeça de impressão no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa usando os dados do sistema de detecção e os dados da série de sensores.

[0021] De acordo com modalidades particulares, que podem ser usadas por si sós ou em combinação:

• a cabeça de impressão é conectada a um tubo para fornecimento de material, por exemplo argamassa, a chegada do qual é feita ao longo do eixo geométrico vertical (V), o que torna possível reduzir a influência da chegada de material no dispositivo como o efeito de equilíbrio. Neste caso, o tubo de fornecimento de argamassa pode ser ligando a uma bomba de concreto compreendendo um tubo de saída, os dois tubos sendo ligados por uma combinação de juntas rotativas, de modo a evitar as fricções que arriscam girar o dispositivo em torno do eixo geométrico vertical (V), ou em tomo do gancho no caso onde o dispositivo poderia estar suspenso a partir de um gancho de guindaste;

• a cabeça de impressão pode ser provida com um bocal giratório possibilitando um depósito não retilíneo do material, e consequentemente reforçando e enrijecendo a estrutura a ser impressa.

[0022] Em um segundo aspecto, a invenção também se refere a um sistema de impressão 3D para a construção de uma estrutura pelo depósito de camadas de material compreendendo:

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6/23 • um dispositivo de impressão 3D móvel de acordo com um adas modalidades descritas acima; e • um dispositivo de elevação capaz de suspender e deslocar o dispositivo de impressão 3D.

[0023] Um outro aspecto da invenção se refere a um método para a impressão 3D de uma estrutura, tal como um prédio, por um sistema de impressão conforme descrito anteriormente, compreendendo:

• uma primeira etapa consistindo em definir, usando o sistema de localização, pelo menos um ponto de referência no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa, de modo que a unidade de processamento possa definir a posição da cabeça de impressão no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa; e • uma segunda etapa de impressão da estrutura consistindo em fornecer materiais de construção à cabeça de impressão, do tipo de concreto ou argamassa ou cimento, e em ativar o servocontrolador da posição da cabeça de impressão pela unidade de processamento como uma função da forma da estrutura a ser impressa.

Breve Descrição das Figuras [0024] A invenção será melhor compreendida mediante a leitura da descrição a seguir, apresentada puramente a título de exemplo, e com referência às figuras em anexo, nas quais:

- a Figura 1 representa uma visão global de um dispositivo de impressão de acordo com uma modalidade geral da invenção;

- a Figura 2 representa uma visão global de um dispositivo de impressão de acordo com uma primeira variante da modalidade geral da invenção;

- a Figura 3 representa uma visão global de um dispositivo de impressão de acordo com uma segunda variante da modalidade geral da invenção;

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7/23

- a Figura 4 representa uma visão global de um dispositivo de impressão de acordo com uma terceira variante da modalidade geral da invenção;

- as Figuras 5 e 6 representam vistas laterais do dispositivo de impressão de acordo com a terceira variante da modalidade geral da invenção;

- a Figura 7 representa uma vista de topo do dispositivo de impressão de acordo com a terceira variante da modalidade geral da invenção;

- a Figura 8 representa um exemplo de um sistema de detecção para a detecção de um ponto de referência no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa;

- a Figura 9 representa a nomenclatura adotada para os ângulos de rotação em torno dos eixos geométricos do quadro de referência do dispositivo de impressão;

- a Figura 10 representa uma quarta variante da modalidade geral da invenção;

- as Figuras Ila a 11C representam meios de estabilização complementares de acordo com uma primeira modalidade; e

- as Figuras 12a a 12c representam meios de estabilização complementares de acordo com uma segunda modalidade.

Definições [0025] Daqui em diante na descrição, um dispositivo de elevação é entendido como sendo um dispositivo de elevação de guindaste, uma ponte rolante ou um tipo de carrinho de elevação telescópica compreendendo um único cabo ou correia de elevação.

[0026] O único cabo ou correia de elevação define um eixo geométrico substancialmente vertical.

[0027] No caso onde o único cabo ou correia de elevação estiver esticado, ou seja, no caso onde o único cabo ou correia de elevação passar através de diversas polias para multiplicar as forças de elevação, o eixo

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8/23 geométrico de elevação corresponde ao eixo geométrico mediano resultante. Modalidades [0028] De acordo com a Figura 1, que representa uma modalidade geral da invenção, o dispositivo de impressão tridimensional (3D) móvel TDPDO com base na adição de material compreende:

• uma cabeça de impressão 2 adaptada para receber material, tal como argamassa ou concreto, e depositá-lo;

• meios de fixação 3 adaptados para ligar a cabeça de impressão 2 a um dispositivo de elevação LD, • meios de estabilização MS adaptados para estabilizar a posição da cabeça de impressão 2 por um efeito giroscópico.

[0029] A fim de ser fácil de usar, os meios de fixação 3 do dispositivo de impressão TDPDO são adaptados aos dispositivos de elevação padrões de guindaste, ponte rolante ou um tipo de carrinho de elevação telescópica Em particular, os meios de fixação 3 do dispositivo são compatíveis com os sistemas de afixação destes dispositivos de elevação, tais como um gancho de guindaste 4, de modo que nenhum ajuste em particular do dispositivo de elevação tenha que ser realizado para o encaixo do dispositivo de impressão móvel TDPDO. Por exemplo, os meios de fixação compreendem um anel no qual o gancho de guindaste 4 do dispositivo de elevação LD é afixado.

[0030] Assim, o dispositivo de impressão móvel TDPDO pode ser suspenso em um cabo (ou correia) de guindaste, ou seja, uma estrutura que não é rígida ou que tenha pouca rigidez, usando um gancho de guindaste 4 e seus meios de fixação 3.

[0031] Inerentemente a tal montagem, em uma estrutura que não é rígida ou que tenha pouca rigidez, o dispositivo de impressão móvel TDPDO pode ser submetido a diferentes distúrbios. No contexto da construção de um prédio, estes distúrbios podem ser originados a partir de distúrbios ambientais (por exemplo, o vento), a partir de forças geradas pela adição de material à

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9/23 cabeça de impressão 2, a partir da reação do material mediante seu depósito, ou a partir do efeito de “mola” do cabo do guindaste.

[0032] A fim de controlar o depósito do material, é necessário estabilizar a posição da cabeça de impressão 2 através da qual o material de fato sai. A estabilização é realizada usando-se meios de estabilização MS, os quais podem agir diretamente na cabeça de impressão 2. Entretanto, os inventores perceberam que poderia ser particularmente vantajoso para os meios de estabilização MS que ajam na posição dos meios de fixação 3.

[0033] De fato, com a estabilização sendo garantida por um efeito giroscópico, quanto mais próximo for aplicada ao ponto mais sensível a distúrbios, como na Figura 2, menos será necessário empregar forças para neutralizar os distúrbios. Tanto quanto for possível, é, portanto, vantajoso para o meios de estabilização MS que ajam na posição dos meios de fixação 3, o resto do dispositivo TDPDO tendo uma inércia e uma estabilidade intrínseca muito maior do que a de um gancho de guindaste 4 suspenso na extremidade de um cabo ou de uma correia.

[0034] As Figuras 2 a 7 e a Figura 10 representam um dispositivo de impressão de acordo com variantes diferentes TDPD1, TDPD2, TDPD3 e TDPD4 da modalidade geral da invenção, na qual os meios de estabilização MS compreendem pelo menos três giroscópios 5 adaptados para estabilizar a posição da cabeça de impressão 2 por um efeito giroscópico. Por razões de segurança, e também para um bom equilíbrio do dispositivo, um quarto giroscópio pode ser usado de modo a ser capaz de garantir a estabilidade da cabeça de impressão 2, conforme ilustrado nas Figuras 2 a 7.

[0035] De acordo com uma modalidade particular, os quatro giroscópios 5 são posicionados em um mesmo plano P e operam simetricamente, par a par, de modo a controlar o passo e o rolamento do plano P definido pelo centro dos giroscópios, e de modo que a cabeça de impressão 2 permaneça em um plano horizontal em relação ao chão apesar dos

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10/23 distúrbios. As Figuras 2 a 7 ilustram um tal tipo de montagem.

[0036] Vantajosamente, os giroscópios podem estar inclinados em relação ao eixo geométrico vertical V, o que melhora a estabilidade do conjunto, conforme ilustrado nas Figuras 4 a 7. O eixo geométrico vertical (V) corresponde ao eixo geométrico de elevação substancialmente vertical definido pelo único cabo ou correia de elevação do dispositivo de elevação LD.

[0037] De acordo com uma opção, o dispositivo TDPD0, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4, pode compreender um atuador adaptado para girar a cabeça de impressão 2 em torno de um eixo de rotação, chamado vertical V, em ângulos retos ao plano definido pelos três (ou quatro) giroscópios 5, de modo a permitir que a cabeça de impressão 2 tenha um primeiro grau de liberdade, a saber uma rotação em tomo do eixo geométrico vertical V. Uma vez que a rotação da cabeça de impressão 2 pode gerar distúrbio, os meios de estabilização devem estar adaptados para neutralizar estes distúrbios e garantir a estabilidade da cabeça de impressão durante a rotação. Eles devem, em particular, produzir um torque de reação que torna possível superar a inércia do dispositivo de impressão durante a rotação da cabeça de impressão. Conforme indicado anteriormente, este eixo geométrico de rotação ou o eixo geométrico vertical V corresponde ao eixo geométrico de elevação substancialmente vertical definido pelo único cabo ou correia de elevação do dispositivo de elevação LD.

[0038] Vantajosamente, este atuador pode se apoiar nos três (ou quatro) giroscópios 5 para produzir esta rotação.

[0039] Na Figura 2, o torque produzido pelos giroscópios 5 tomarão possível cancelar o torque induzido pela rotação da cabeça de impressão 2. O conjunto com os giroscópios 5 não girará, mas o torque produzido pelos giroscópios 5 terá tomado possível girar o que está abaixo, a saber a cabeça de impressão 2. Isso toma possível, dentro outras coisas, não girar o gancho

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11/23 do guindaste, no qual o dispositivo deve ser fixado, e estabilizar a posição da cabeça de impressão 2 durante a rotação.

[0040] Nos dispositivos TDPD2 e 3 representados nas Figuras 3 a 7, é o torque produzido pelos giroscópios 5 que diretamente tomará possível girar o conjunto rígido do qual fazem parte, compreendendo a cabeça de impressão 2. Nestas duas configurações, TDPD2 e TDPD3, o atuador é primariamente composto dos giroscópios 5.

[0041] De acordo com uma outra opção, o dispositivo de impressão móvel TDPD0, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 pode incluir também meios de deslocamento compreendendo um primeiro sistema de translação 6 adaptado para deslocar a cabeça de impressão 2 ao longo de um eixo geométrico H em ângulos retos ao eixo geométrico vertical V, isto é, em um plano paralelo ao plano P. A fim de garantir o equilíbrio do primeiro sistema de translação 6, o último pode compreender um peso de equilíbrio 7 adaptado para manter o equilíbrio do primeiro sistema de translação 6 como uma função da posição da cabeça de impressão 2 no eixo geométrico H do primeiro sistema de translação 6, conforme ilustrado nas Figuras 2 a 7.

[0042] No caso da Figura 2, o primeiro sistema de translação 6 compreende um primeiro e um segundo feixes retilíneos, 6a e 6b, paralelos um ao outro. A cabeça de impressão 2 é deslocada ao longo do primeiro feixe 6a, enquanto o peso de equilíbrio 7 é deslocado ao longo do segundo feixe 6b. O uso de dois feixes toma possível aumentar a amplitude do deslocamento translacional da cabeça de impressão (o mais próximo possível do eixo geométrico vertical V do dispositivo) e, portanto, do raio de ação do dispositivo.

[0043] Assim, quando a cabeça de impressão 2 se move para longe do eixo geométrico vertical 3, o peso de equilíbrio 7 também se move para longe do eixo geométrico vertical V e, vice versa, quando a cabeça de impressão 2 se aproxima do eixo geométrico vertical V. Além disso, pode ser vantajoso,

Petição 870190100241, de 07/10/2019, pág. 17/43 n/23 na fase de estabilização, mover ambos a cabeça de impressão 2 e o peso de equilíbrio 7 em tandem (isto é, na mesma direção) para enfrentar localmente contra o balanço excessivo do dispositivo.

[0044] No caso da Figura 10, o primeiro sistema de translação 6 compreende um braço articulado que permite o deslocamento da cabeça de impressão 2 ao longo do eixo H em ângulos retos ao eixo geométrico vertical V. Esta montagem torna possível minimizar o volume do dispositivo de impressão TDPD4.

[0045] Neste exemplo, um braço articulado é composto de um feixe central 61, braços secundários e pelo menos dois cilindros 63a e 63b.

[0046] Um primeiro braço secundário 62a é ligado a uma primeira extremidade do feixe central 61 por um elo pivotante e pelo menos um cilindro 63a tomando possível controlar o ângulo da rotação deste primeiro braço secundário 62a. O peso de equilíbrio é afixado a este primeiro braço secundário 62a.

[0047] De modo semelhante, um segundo braço secundário 62b é ligado a uma segunda extremidade do feixe central 61 por um elo pivotante e pelo menos um cilindro 63b tomando possível controlar o ângulo da rotação deste segundo braço secundário 62b. Então, um terceiro braço secundário 62c compreendendo a cabeça de impressão 2 é ligada à extremidade do segundo braço secundário 62b por um elo pivotante, dessa vez com engrenagens, tomando possível garantir um deslocamento horizontal da cabeça de impressão.

[0048] Os cilindros 63a e 63B garantem, por um lado, a translação da cabeça de impressão no eixo geométrico H (para 63b) e, por outro lado, o deslocamento do peso de equilíbrio (para 63a), tomando possível manter o equilíbrio do primeiro sistema de translação 6 e limitar distúrbios durante o depósito do material.

[0049] Vantajosamente, os meios de deslocamento também

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13/23 compreendem um segundo sistema de translação 8 adaptado para deslocar a cabeça de impressão 2 ao longo do eixo geométrico vertical V. O último pode ser um feixe ou trilhos conforme representado nas Figuras 3 a 5 ou pode ser um cilindro que pode ser opcionalmente incorporado no atuador ou abaixo dos meios de fixação de modo a transladar em uma peça todo o resto dos elementos do dispositivo (os giroscópios 5, os sistemas de translação 6 e 8 e o peso de equilíbrio 7, e a cabeça de impressão 2).

[0050] A cabeça de impressão 2 pode então ter três graus de liberdade:

- uma rotação em tomo do eixo geométrico vertical V garantido pelos giroscópios e possivelmente um atuador giratório motorizado (modalidade TDPD1);

- uma translação ao longo do eixo geométrico H do primeiro sistema de translação 6, isto é, radialmente em relação ao eixo geométrico vertical V; e

- uma translação ao longo do eixo vertical V em virtude do segundo sistema de translação 8.

[0051] Os dois primeiros graus de liberdade tomam possível depositar uma camada de material em um plano paralelo ao plano (P), e o terceiro grau toma possível subir com a cabeça de impressão 2, de modo a ser capaz de depositar uma outra camada de material na anterior em um outro plano sobreposto no plano precedente.

[0052] A fim de evitar deslocamentos abruptos que geram distúrbios, as guias para tubos móveis e cabos são preferivelmente providos por correias que suportam cabos, conforme representado pelo elemento 12 do dispositivo de impressão TDPD1 da Figura 2. O mesmo se aplica à chegada do material, tal como argamassa ou concreto, e para os outros cabos do sistema.

[0053] De acordo com uma opção que é compatível com as modalidades descritas anteriormente, os meios de estabilização MS podem

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14/23 também compreender uma estrutura de estabilização inercial 9, conforme ilustrado na Figura 3, tomando possível aumentar a estabilidade do dispositivo de impressão móvel TDPD2. Vantajosamente, esta estmtura de estabilização inercial 9 compreende atenuadores de vibração que aumentam adicionalmente a estabilidade do dispositivo de impressão móvel TDPD2, e, portanto, da cabeça de impressão 2.

[0054] De acordo com uma outra modalidade do dispositivo de impressão móvel, TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4, o último pode ser:

• meios de localização adaptados para determinar em tempo real a posição da cabeça de impressão 2 em um quadro de referência geométrica (20) específico à estrutura a ser impressa; e • uma unidade de processamento PU adaptada para servocontrolar a posição da cabeça de impressão 2 como uma função de sua localização no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa. [0055] A localização da cabeça de impressão 2 no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa pode ser realizada de diferentes maneiras.

[0056] A Figura 8 ilustra uma solução consistindo em usar padrões ópticos 13 arranjados no chão no quadro de referência 20 da estrutura a ser impressa 200 e representando pontos de referência cuja posição no quadro de referência geométrica 20 da estrutura 200 é determinada. De acordo com esta solução, os meios de localização para a cabeça de impressão 2 são equipados com pelo menos uma câmera 14 (também visível na Figura 2) adaptadas para visualizar o chão e detectar os padrões ópticos 13. Por questões de confiança, nos casos onde o padrão não estaria visível em certos ângulos, é desejável implementar uma pluralidade de câmeras. Adicionalmente, para facilitar os cálculos de posição, é preferível que as câmeras 14 sejam fixadas e não girem durante a rotação da cabeça de impressão 2.

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15/23 [0057] Estes meios de localização compreendem adicionalmente:

- um inclinômetro com dois eixos geométricos adaptados para medir uma inclinação do dispositivo de impressão TDPD1 em relação a um plano em ângulos retos à vertical (Z), que corresponde à medição dos ângulos (φ, 0) representados na Figura 9; e

- um compasso adaptado para medir o ângulo ψ da rotação em tomo da vertical (Z).

[0058] A unidade de processamento então usa as imagens capturadas pela câmera. Uma vez que a posição das câmeras 14 no dispositivo TDPD1 é conhecida, a unidade de processamento pode, com os dados angulares (φ, 0, ψ) e a posição de cada ponto de referência no quadro de referência 20 da estrutura a ser impressa 200, determinar a posição da cabeça de impressão 2 neste quadro de referência 20. Deve-se perceber que o ângulo ψ medido pelo compasso não é necessário para saber a posição do dispositivo TDPD1 em espaço, este ângulo sendo capaz de ser deduzido a partir das análises das imagens do padrão tomado pela câmera ou câmeras 14.

[0059] De acordo com uma outra solução, a localização da cabeça de impressão 2 pode ser realizada por triangulação. Para isso, o quadro de referência geométrica 20 da estrutura a ser impressa 200 é detectado no chão usando uma ou mais balizas de envio ou recepção representando os pontos de referência, de modo que um sinal é enviado ou recebido por esta baliza ou por estas balizas regularmente e recebido ou enviado pelos meios de localização do dispositivo de impressão móvel TDPD2 ou TDPD3, tal como um ou mais receptores posicionados precisamente na cabeça de impressão 2 ou no dispositivo de impressão móvel TDPD2 ou TDPD3. Os meios de localização então enviam as informações recebidos para a unidade de processamento PU, que lidam com os cálculos para localizar a cabeça de impressão 2 no espaço da estrutura, então calcula e envia para os meios de deslocamento (para as translações) e para o atuador (para a rotação), os pontos de ajuste

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16/23 correspondentes à trajetória de impressão e, portanto, à forma da estrutura a ser impressa 200.

[0060] Diferentes tecnologias podem ser usadas para realizar esta triangulação: ultrassons, laser ou um sistema de GPS centimétrico. Entretanto, uma vez que os métodos de triangulação nem sempre oferecem medições que são suficientemente regulares (em relação à taxa de fluxo de material, ou em relação à taxa de deslocamento da cabeça de impressão), pode ser vantajoso, e até mesmo necessário, usar um sistema de medição complementar para emular um aumento na frequência das medições e, portanto, a precisão da localização da cabeça de impressão 2 no quadro de referência da estrutura a ser impressa 200.

[0061] Assim, os meios de localização podem compreender vantajosamente:

• um sistema de detecção (por exemplo, padrões ópticos ou balizas de envio) adaptado para saber a posição absoluta de pelo menos um ponto de referência no quadro de referência geométrica (20) da estrutura a ser impressa 200; e • uma série de sensores adaptados para tornar possível a localização da posição da cabeça de impressão 2 em relação ao ponto de referência, a unidade de processamento PU sendo adaptada para calcular a posição da cabeça de impressão 2 no quadro de referência geométrica 20 da estrutura a ser impressa 200 usando os dados do sistema de detecção e os dados da série de sensores.

[0062] A série de sensores podería, por exemplo, compreender:

- um sensor adaptado para saber, em intervalos de tempo regulares, posição absoluta da cabeça de impressão no quadro de referência geométrica 20 da estrutura a ser impressa 200; e

- uma unidade inercial adaptada para medir continuamente as

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17/23 velocidades e acelerações da cabeça de impressão 2 em três eixos geométricos, assim tornando possível emular um aumento na frequência das medições e, portanto, uma melhor precisão da localização da cabeça de impressão 2.

[0063] Para neutralizar qualquer deriva nas medições que poderíam ocorrer, um reajuste na posição ou posições de referência da estrutura a ser impressa 200 pode ser realizado em intervalos de tempo regulares.

[0064] Vantajosamente, a cabeça de impressão 2 é conectada a um tubo de fornecimento 10 para material, tal como materiais de construções do tipo de argamassa, concreto ou cimento, a chegada 11 do qual ocorre paralela ao longo do eixo geométrico vertical (V), o que torna possível reduzir a influência da chegada de material no dispositivo de impressão móvel TDPD2 ou TDPD3, como o efeito de equilíbrio. Na Figura 3, a chegada 11 do material ocorre a partir do topo do dispositivo de impressão móvel TDPD2 ao passo que, nas Figuras 4 a 6, a última ocorre a partir do fundo do dispositivo de impressão móvel TDPD3.

[0065] De modo a limitar as fricções que arriscam girar o dispositivo de impressão móvel TDPD2 ou TDPD3 em si próprio e, portanto, limitar os distúrbios, em particular para o depósito de concreto, o tubo de fornecimento 10 pode ser ligado a uma bomba de concreto compreendendo um tubo de saída, os dois tubos sendo ligados por uma combinação de juntas giratórias. Vantajosamente, a combinação das juntas giratórias pode ser motorizada, de modo a superar a fricção induzida pelo material mantido entre os dois tubos que formam a junta.

[0066] De acordo com uma opção que é compatível com os dispositivos TDPD0, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 previamente apresentados, a cabeça de impressão 2 pode ser provida com um bocal giratório que permite um depósito não retilíneo de concreto. Este tipo de impressão em “ziguezague” toma possível reforçar e endurecer a estrutura

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18/23 impressa.

[0067] Por razões de segurança, o dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 será capaz de ser equipado com um sensor climático medindo distúrbios externos, tais como a força do vento. Estas medições serão capazes de serem enviadas à unidade de processamento PU a qual, de acordo com limiares predefinidos, será capaz de interromper o servocontrole da cabeça de impressão 2 e da impressão da estrutura 200 a fim de ser ajustada a um modo de “alerta” em caso de perigo para os usuários e as pessoas por perto.

[0068] No caso em que as condições ambientais possam exibir fortes distúrbios, os meios de estabilização podem vantajosamente compreender meios de estabilização complementares compreendendo pelo menos três turbinas 50 adaptadas para estabilizar a posição da cabeça de impressão 2 por fluxo de ar.

[0069] As Figuras 11a a 11c e 12a a 12c representam duas modalidades destes meios de estabilização complementares.

[0070] Nas Figuras 11a a 11c, as três turbinas 50 são horizontais e distribuídas angularmente de maneira equidistante a partir do eixo geométrico de elevação ou do eixo geométrico vertical V definidos pelo único cabo ou correia de elevação do dispositivo de elevação. O ar é sugado para dentro do triângulo definido pelas três turbinas 50, e então é expelido para fora deste triângulo.

[0071] Nas Figuras 12a a 12c, as três turbinas 50 são verticais e distribuídas angularmente de maneira equidistante a partir do eixo geométrico de elevação ou eixo geométrico vertical V definido pelo único cabo ou correia de elevação do dispositivo de elevação. Dependendo da direção na qual os meios de estabilização complementares são ligados ao resto do dispositivo de impressão, o ar é sugado a partir do topo, ou seja, no lado do único cabo ou correia de elevação (respectivamente a partir do fundo, isto é, do lado da saída

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19/23 da cabeça de impressão) em relação ao triângulo definido pelas três turbinas 50, e então é expelido para baixo (respectivamente para cima).

[0072] Qualquer que seja a modalidade destes três meios de estabilização complementares, a soma de vetores dos empuxos produzidos pelas turbinas 50 produzirá um empuxo resultado que será oposto às cargas externas a fim de estabilizar o dispositivo de impressão 3D móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 em uma posição definida.

[0073] Vantajosamente, as dimensões e o peso do dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 são compatíveis com as do trailer de transporte, assim facilitando o movimento do dispositivo TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 de um sítio para outro. Tipicamente, o comprimento do dispositivo será menor do que 12 metros e o peso será menor que 1 tonelada.

[0074] Vantajosamente, a forma e as dimensões do dispositivo TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 são adaptadas para limitar a resistência do vento, portanto a influência dos distúrbios externos, quando o dispositivo estiver suspenso, por exemplo por um guindaste do sítio de trabalho 4, e sendo usado ao ar livre. No caso em que certos elementos do dispositivo estariam cobertos, como na Figura 2, a(s) cobertura(s) 15 usada(s) terá(ão) uma forma aerodinâmica.

[0075] A presente invenção também se refere a um sistema de impressão 3D para a construção de uma estrutura 200 pelo depósito de camadas de concreto compreendendo:

• um dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4, de acordo com uma das modalidades previamente descritas;

• um dispositivo de elevação LD de um guindaste, ponte rolante ou um tipo de carrinho de elevação telescópica com um único cabo capaz de suspender e deslocar o dispositivo de impressão 3D móvel TDPDO,

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TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4.

[0076] Por questões de segurança, quando os distúrbios externos medidos pelo sensor meteorológico excederem limiares predefinidos provocando a interrupção do servocontrole da cabeça de impressão 2 e da impressão da estrutura 200, o dispositivo de elevação LD será capaz de colocar o dispositivo de impressão móvel TDPD0, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 em uma configuração de segurança, tal como a configuração “bandeira”, na qual o dispositivo TDPD0, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 será naturalmente orientado na direção do vento, de modo a, dessa forma, limitar seus efeitos no dispositivo.

[0077] A presente invenção também se refere a um método para a impressão 3D de uma estrutura de concreto por um sistema de impressão 3D conforme descrito anteriormente, compreendendo:

• uma primeira etapa consistindo em definir pelo menos um ponto e uma direção de referência no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa usando um sistema de detecção e uma direção, e em localizar a posição da cabeça de impressão 2 do dispositivo de impressão TDPD0, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 no quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa; e • uma segunda etapa de impressão da estrutura consistindo em fornecer materiais de construção à cabeça de impressão 2, do tipo de concreto, argamassa ou cimento, e em ativar o servocontrolador da posição da cabeça de impressão 2 pela unidade de processamento como uma função da forma da estrutura a ser impressa 200.

[0078] Vantajosamente, o servocontrole da cabeça de impressão 2 compreende o depósito de uma primeira camada de material em um plano em ângulos retos ao eixo geométrico vertical V, a unidade de processamento PU dirigindo as posições radial e angular (isto é, de acordo com o primeiro sistema de translação 6) da cabeça de impressão 2 em relação ao eixo

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21/23 geométrico vertical V ao enviar pontos de ajuste adequados para o atuador e para os meios de deslocamento do dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3,TDPD4.

[0079] Vantajosamente, o servocontrole da cabeça de impressão 2 compreende também pelo menos um deslocamento da cabeça de impressão 2 ao longo do eixo geométrico vertical V, de modo a ser capaz de proceder com o depósito de uma nova camada de material na camada precedente de material depositado.

[0080] De modo a ser capaz de imprimir uma estrutura cuja abrangência é maior do que a permitida pelo deslocamento da cabeça de impressão 2 pelo atuador e pelos meios de deslocamento do dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4, o método pode compreender adicionalmente pelo menos uma etapa adicional de deslocamento do dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 pelo dispositivo de elevação LD entre as duas deposições de uma camada de material.

[0081] Finalmente, a presente invenção se refere também a um software de impressão 3D adaptado para coordenar as etapas de depósito do material de um método de impressão 3D conforme definido anteriormente, de modo que a impressão da estrutura 200 possa reverter para a posição da cabeça de impressão 2 antes do deslocamento do dispositivo de impressão móvel TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3 ou TDPD4 pelo dispositivo de elevação LD entre dois depósitos de uma camada de material.

[0082] A descrição e os desenhos simplesmente ilustram os princípios da invenção. Será portanto compreendido que um versado na técnica será capaz de inventar variantes diferente que, embora não explicitamente descritas ou ilustradas aqui, incorporam os princípios da invenção. Adicionalmente, todos os exemplos citados aqui são primariamente destinados para ensinar propósitos auxiliar o leitor na compreensão dos

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22/23 princípios da invenção e os conceitos adicionados pelo inventor à técnica anterior e devem ser interpretados como sendo sem limitação a estes exemplos e condições especificamente citados. Além disso, todas as afirmações nos quais os princípios, aspectos e modalidades da invenção, bem como exemplos específicos dos mesmos, devem englobar equivalentes dos mesmos.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA

TDPDO Dispositivo de impressão móvel de acordo com uma modalidade geral da invenção (Dispositivo de Impressão Tridimensional - ThreeDimensional Printing Device)

TDPD1 Dispositivo de impressão móvel de acordo com uma primeira variante da modalidade geral da invenção (Dispositivo de Impressão Tridimensional - Three-Dimensional Printing Device)

TDPD2 Dispositivo de impressão móvel de acordo com uma segunda variante da modalidade geral da invenção (Dispositivo de Impressão Tridimensional Three-Dimensional Printing Device)

TDPD3 Dispositivo de impressão móvel de acordo com uma terceira variante da modalidade geral da invenção (Dispositivo de Impressão Tridimensional Three-Dimensional Printing Device)

TDPD4 Dispositivo de impressão móvel de acordo com uma quarta variante da modalidade geral da invenção (Dispositivo de Impressão Tridimensional Three-Dimensional Printing Device)

LD Dispositivo de elevação (Meios de Elevação - Lifting Means)

MS Meios de estabilização (Meios de Estabilização - Means of Stabilization) PU Unidade de processamento (Unidade de Processamento - Process Unit)

Cabeça de impressão

Meios de fixação

Gancho de guindaste

Giroscópio

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23! 23

Primeiro sistema de translação

6a Primeiro feixe retilíneo do primeiro sistema de translação

6b Segundo feixe retilíneo do primeiro sistema de translação

Peso de equilíbrio

Segundo sistema de translação

Estrutura de estabilização inercial

Tubo de fornecimento de material

Chegada de material

Correia de suporte de cabo

Padrão óptico

Câmera

Cobertura

Quadro de referência geométrica da estrutura a ser impressa

Turbina

Feixe central

Braço secundário

Cilindro

200 Estrutura a ser impressa

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) com base na adição do material destinado a ser preso a um dispositivo de elevação (LD) com um único cabo ou correia de elevação, o dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) compreendendo

- uma cabeça de impressão (2) adaptada para receber material e depositá-lo;

- meios de fixação (3) adaptados para ligar a cabeça de impressão (2) ao dispositivo de elevação (LD), caracterizado pelo fato de que inclui também

- meios de estabilização (MS) adaptados para estabilizar a posição da cabeça de impressão (2) por um efeito giroscópico.
2. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de estabilização (MS) são adaptados para agir na posição dos meios de fixação (3).
3. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de estabilização (MS) compreendem pelo menos três giroscópios (5), adaptados para estabilizar a posição da cabeça de impressão (2) por um efeito giroscópico.
4. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os meios de estabilização (MS) compreendem meios de estabilização complementares (MSC) compreendendo pelo menos três turbinas adaptadas para estabilizar a posição da cabeça de impressão (2) por fluxo de ar, as três turbinas estando distribuídas angularmente de maneira equidistante a partir de um eixo geométrico de

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2/5 elevação substancialmente vertical (V) definido pelo único cabo ou correia de elevação do dispositivo de elevação (LD).
5. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 e 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um atuador adaptado para girar a cabeça de impressão (2) em torno de um eixo geométrico de rotação, chamado vertical (V), em ângulos retos ao plano definido pelos três giroscópios (5), os meios de estabilização sendo adaptados para neutralizar as perturbações geradas pela rotação da cabeça de impressão e para garantir a estabilidade da cabeça de impressão durante a rotação.
6. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente meios de deslocamento compreendendo um primeiro sistema de translação (6) adaptado para deslocar a cabeça de impressão (2) ao longo de um eixo geométrico (H) em ângulos retos ao eixo geométrico vertical (V).
7. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPD4) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de translação (6) compreende um braço articulado permitindo o deslocamento da cabeça de impressão (2) ao longo do eixo geométrico (H) em ângulos retos ao eixo geométrico vertical (V).
8. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de translação (6) compreende um peso de equilíbrio (7) adaptado para manter o equilíbrio do primeiro sistema de translação (6) como uma função da posição da cabeça de impressão (2) no eixo geométrico (H) do primeiro sistema de translação (6).
9. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPD1, TDPD2, TDPD3) de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado

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3/5 pelo fato de que os meios de deslocamento compreendem adicionalmente um segundo sistema de translação (8) adaptado para deslocar a cabeça de impressão (2) ao longo do eixo geométrico vertical (V).
10. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

- meios de localização adaptados para determinar em tempo real a posição da cabeça de impressão (2) em um quadro de referência geométrica (20) específico à estrutura a ser impressa (200); e

- uma unidade de processamento adaptada para servocontrolar a posição da cabeça de impressão (2) como uma função de sua localização no quadro de referência geométrica (20) da estrutura a ser impressa (200).
11. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os meios de localização compreendem:

- um sistema de detecção adaptado para saber a posição absoluta de um ponto de referência no quadro de referência geométrica (20) da estrutura a ser impressa (200); e

- uma série de sensores adaptados para permitir que a posição da cabeça de impressão (2) seja localizada em relação ao ponto de referência, a unidade de processamento sendo adaptada para calcular a localização da cabeça de impressão (2) no quadro de referência geométrica (20) da estrutura a ser impressa (200) usando os dados do sistema de detecção e os dados da série de sensores.
12. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 all, caracterizado pelo fato de que a cabeça de impressão (2) é conectada a um tubo de fornecimento de material, cuja chegada é feita ao longo do eixo geométrico vertical (V).

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4/5
13. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o tubo de fornecimento de material (10) é ligado a uma bomba de material compreendendo um tubo de saída, os dois tubos sendo ligados por uma combinação de juntas rotativas.
14. Dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a cabeça de impressão (2) é provida com um bocal rotativo possibilitando um depósito não retilíneo do material.
15. Sistema de impressão 3D para construir uma estrutura pelo depósito de camadas de material, caracterizado pelo fato de que compreende:

- um dispositivo de impressão 3D móvel (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14; e

- um dispositivo de elevação (LD) com um único cabo ou correia de elevação, o dispositivo de elevação (LD) sendo capaz de suspender e deslocar o dispositivo de impressão 3D (TDPDO, TDPD1, TDPD2, TDPD3, TDPD4).
16. Método de impressão 3D de uma estrutura, tal como um prédio, por um sistema de impressão 3D como definido na reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende:

• uma primeira etapa consistindo em definir, usando um sistema de detecção, pelo menos um ponto de referência no quadro de referência geométrica (20) da estrutura a ser impressa (200), de modo que a unidade de processamento possa definir a posição da cabeça de impressão (2) no quadro de referência geométrica (20) da estrutura a ser impressa (200); e • uma segunda etapa de impressão da estrutura consistindo em fornecer materiais de construção à cabeça de impressão (2), do tipo de concreto, argamassa ou cimento, e em ativar o servocontrolador da posição da

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5/5 cabeça de impressão (2) pela unidade de processamento como uma função da forma da estrutura a ser impressa (200).